JPH10502239A - 配電モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 配電モジュール(200)は、乗物の用途に特に適している。入力／出力モジュールポート(229)は、外部のマルチプレクス型通信経路に接続され、トランシーバ回路(228)は、デジタル形態で通信経路を経てメッセージを送信及び受信するように働く。モジュールは、標準的な通信プロトコル又はユーザが定めた通信プロトコルをサポートするに充分なほど融通性がある。入力(231)は、電源に接続される。複数の制御可能な電力スイッチ(240)は、電源から複数の電力出力ポート(251)へ電力を選択的にルート指定するのに使用され、各ポートは、スイッチの１つに関連している。トランシーバ回路及び各電力スイッチに作動的に接続された制御回路(220)は、通信経路を経てメッセージを容易に送信及び受信し、そして受け取ったメッセージに基づいて制御信号(246)をスイッチに与える。

Description

【発明の詳細な説明】 配電モジュール発明の分野 本発明は、一般に、配電に係り、より詳細には、通信インターフェイスにより 電力に関連したコマンドを受け取り、そしてその受け取ったコマンドに基づいて 入力から複数の出力の１つへ電力をルート指定することのできるモジュールに係 る。このモジュールは、乗物の分野に特に有用であり、既存のネットワークにイ ンターフェイスして相互接続を簡単化すると共に配線を排除することができる。先行技術の説明 自動車のような乗物は、従来、スイッチ及び／又はリレーを含むモジュールを 経てエネルギー消費負荷を制御するためにヒューズブロック又はブレーカパネル のようなソースから電力をルート指定している。一般に、ブレーカパネルのヒュ ーズは、ダッシュボードの下か又はエンジンルームかのいずれかに便利に配置さ れる。多くの制御器は、ダッシュボードの特に運転者側に配置されている。他の 制御器は、ドアに関連した装置又はシートに関連した装置のようにそれらの関連 負荷に接近して配置される。 複雑な安全機能、環境制御及び運転装置を含む今日の自動車技術に伴い、非常 に複雑なワイヤハーネスが形成されている。過去１５年間にわたり、ワイヤ及び ケーブルの本数を減少して、リードのドレス要求を含む製造プロセスを簡単化す るために、種々の解決策がとられている。低電力信号線に乗じて高電力ケーブル の本数を減少すると、乗物の重量を軽減するという更に別の効果が付加される。 高電力ケーブルの本数を制限しそして配線の量を一般的に減少する１つの方法 は、各負荷ごとの個別の電力線を中央のヒューズボックス又はブレーカパネルか ら放射状に延ばすのではなく、乗物全体に分布されたスイッチユニット及び負荷 の間で制御信号が交換されるようにマルチプレクスシステムを使用することであ る。 乗物用の初期のマルチプレクスシステムが米国特許第３，８６４，５７８号に 開示されている。このシステムは、好ましくは乗物のステアリングホイール（ハ ンドル）のハブ又はその付近でステアリングカラムの頭部に配置されるエンコー ダユニットを備え、該ユニットは、運転者が操作できる制御器の位置に応答して タイミング信号及びコード信号を発生する。複数の実質的に同じデコーダがタイ ミング信号及びコード信号の両方を受け取り、これらデコーダは、乗物の部品を 選択的に付勢するためのリレー手段を駆動する複数の出力を発生する。このシス テムは、デコーダ及びエンコーダ手段が著しい電流を消費しないスタンバイ動作 モードを設け、そしてブレーキランプのような被制御負荷の故障の場合に運転者 に警報することにより従来技術に改善をもたらした。しかしながら、このシステ ムは、タイミング信号が全てのデコーダに付与されるときに、コード信号がこの タイミング信号に対して解釈されるという点で本質的に同期式である。従って、 このシステムを使用すると、接続された全ての受信側に誤った同期信号が送信さ れた場合に、重大な信頼性の問題が生じる。又、このシステムは、リレー手段を 構成する複数の高利得アクチュエータを各負荷に直結することを必要とする。 米国特許第４，１５６，１５１号に開示されたシステムは、単一の制御線が組 み合わされた単一の電力線を用いて、複数の電流消費部が接続された複数の遠隔 制御ユニットに給電するような自動車用の電気エネルギー分配システムを構成す る。中央制御ユニットは、電流消費負荷を識別するためのコードパルス信号を発 生し、そして選択された電力消費部のグループに関連した遠隔制御ユニットに受 け取られる信号をデコードするための手段が設けられている。しかしながら、こ のシステムは、非常に複雑であると共に、方形波に含まれたパルスを監視して、 遠隔制御ユニットのアドレスを適切にデコードするために個別の部品に依存して いる。それ故、このシステムは、エラーの傾向がある上に、特に多数のアナログ 制御器が必要とされる場合には拡張が困難である。 更に最新の乗物マルチプレクスシステムが米国特許第４，８４５，７０８号に 開示されている。このシステムでは、電力バス及び制御バスの両方がヒューズブ ロックから放射状に延び、制御バスは、乗物にわたって分布した多数の入力及び 出力ユニットにコントローラを相互接続する。好ましくは、コントローラは、シ ステムの信頼性を改善すると共に電磁干渉を減少するために、所与の時間に制御 バスの１つをアクティブなバスとして選択し、そして残りの制御バスをこのアク ティブな制御バス及びコントローラの両方から分離する。このシステムは、互い に機能的に異なる多数の入力及び出力回路を必要とする点で問題がある。又、上 記の全ての公知技術と同様に、これらの入力及び出力回路は、専用のプロトコル を用いるか又は標準的なプロトコルを用いるかに関わりなく、精巧な通信経路に わたり容易に両方向通信を行うに充分なほどの能力がない。発明の要旨 本発明は、特に乗物用の配電モジュールであって、外部のマルチプレクス通信 経路に接続される入力／出力ポートを含む配電モジュールを提供する。このモジ ュールは、入力／出力ポートに接続されたトランシーバ回路であって、通信経路 を経てデジタル形態でメッセージを送信及び受信するように働くトランシーバ回 路を備え、そしてこのモジュールは、標準的な通信プロトコル又はユーザが定め た通信プロトコルをサポートするに充分なほど融通性がある。 更に、このモジュールは、電源に接続するための入力と、複数の電力出力ポー トと、各々がこれら電力出力ポートの各々に関連した複数の制御可能な電力スイ ッチとを備え、各電力スイッチは、制御信号に基づいて電源から関連電力出力ポ ートへ電力をルート指定するように動作する。トランシーバ回路及び各電力スイ ッチに作動的に接続された制御回路は、トランシーバ回路を通り通信経路を経て メッセージを容易に送信及び受信し、そしてその受け取ったメッセージに基づい て特定の電力スイッチへ制御信号を与え、そのスイッチに関連した出力ポートへ 電源から電力をルート指定するようにする。欠陥検出回路が含まれていて、送信 及び受信されるメッセージを表す信号を比較し、そして送信及び受信されるメッ セージ間に競合があった場合に制御回路に欠陥信号を与える。 好ましい実施形態では、電力スイッチと熱連通状態で一体的なヒートシンクを 有する包囲体内にモジュールが完全に収容される。この包囲体には、電源からの 到来電力を受け取るために電力入力コネクタが設けられ、そして包囲体には複数 の電力出力端子が設けられ、各端子は、電力消費負荷に接続される。電力スイッ チは、好ましくは、電力ＭＯＳＦＥＴのようなソリッドステートデバイスの形態 をとり、ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加される電圧をブーストして所望の所定電圧 を関連電力出力ポートに供給する一方、休止周期中にエネルギーを保存するよう に働く２レベルの充電ポンプ回路を含む。 制御回路は、汎用のマイクロコンピュータとして実施されてもよいし、或いは 例えば、アプリケーション指向の集積回路の形態の更に専用の回路として、又は プログラム可能なアレーロジックを用いて実施されてもよい。マイクロコンピュ ータを使用する場合には、モジュールは、更に、コントローラから信号を受け取 るように構成されたタイマーリセット回路であって、信号が受け取られなかった 場合にコントローラをリセットするタイマーリセット回路を含む。例えば、この 回路は、コントローラにより禁止信号が送られない限りコントローラをリセット しようと試み続ける低周波数発振器を含む。 更に、モジュールは、好ましくは、電力スイッチに流れる電流を感知して、こ の電流が所定値を越えた場合にスイッチをオフに切り換えるように働く出力保護 回路も備えている。或いは又、負荷開放状態又は過剰温度を検出することのでき る回路が設けられてもよい。又、例えば、制御回路が低電圧電源用に構成された マイクロコンピュータで実施される場合には、入力電圧をモジュール内で用いる 電圧に変換するための電圧調整回路も含まれる。図面の簡単な説明 図１は、本発明により情報及び電力を分配する方法を示すブロック図である。 図２は、図１に示された配電モジュールの１つを示すブロック図である。 図３は、配電モジュールの好ましい物理的な実施形態を示す図である。 図４は、両方向通信のために各配電モジュール内に収容される好ましいマルチ プレクストランシーバの詳細な回路図である。 図５は、複数の出力端子の１つに電力をルート指定するのに用いられる好まし い電力スイッチの詳細な回路図である。 図６は、好ましい電圧調整及びリセット／ウオッチドッグ回路を示す回路図で ある。好ましい実施形態の詳細な説明 本発明は、一般に、配電制御に係り、より詳細には、通信インターフェイスを 経てコマンドを受け取りそしてその受け取ったコマンドに基づいて入力から複数 の出力の１つに電力をルート指定することのできる融通性のあるインテリジェン トなモジュールに係る。 図１は、配電を必要とする環境内でこのモジュールを構成する多数の仕方を１ ００で示している。１つのこのような環境は、例えば、乗物の用途であるが、そ の他の用途も、以下の説明から明らかとなろう。 環境１００は、本発明のモジュールを効果的にインターフェイスすることので きる既存の通信ネットワークを含む。このような既存のネットワークが図１に経 路１０３を経て通信するノード１０２として示されている。これらのノード１０ ２は、集中又は分散型ネットワーク構成体の形態をとり、そのあるものは汎用的 な性質であり、そして他のものは特定のタスクに専用である。更に、経路１０３ は、非同期又は同期通信を、並列インターフェイス又は直列インターフェイス、 例えば、ツイスト対を経てサポートすることができ、この場合に、データのマル チプレクス動作が通常使用される。 乗物の用途では、１つのこのような既存のネットワークは、ノード１０２及び 経路１０３を備えている。経路１０３上の送信は、大半の製造者によって供給さ れるものを含む標準的なプロトコルを使用することができる。例えば、フォード ・モータ社の場合には、会社の標準的プロトコル、即ちＳＣＰインターフェイス 及びそれに関連したデータ構造が使用され、これは、約４２ｋｂｐｓで現在動作 するツイスト・デュアル・ワイヤを使用している。この特定のインターフェイス の詳細な説明は、フォード・エンジニアリング・スペシフィケーション文書に含 まれている。例えば、文書ＳＣＳ−ＳＣＰ−００１は、ＳＣＰデータ構造及びイ ンターフェイス要求事項を詳細に述べている。文書ＳＤＳ−ＳＣＰ−００２は、 ＳＣＰ診断システムのサブシステム設計仕様を規定し、そしてＳＤＳ−ＳＣＰ− ００３は、ネットワーク実施の要求事項を説明している。これらの文書は、一般 に、ＳＣＰ関連装置を開発する目的で社外の売り主に入手することができ、参考 としてここに取り上げる。 一般に、ＳＣＰシステムは、オープンアーキテクチャーネットワーク解決策を 用いて乗物内のノードとして多数の電子データ通信モジュールを容易に相互接続 する。ＳＣＰは、全てのノードがバックボーンを経て相互接続される単一レベル ネットワークトポロジーで動作する。図１には、ノード１０２及びルート経路１ ０３が示されている。ＳＣＰデータは、スタートセグメント、優先順位形式、 ターゲットアドレス、ソースアドレス、可変長さメッセージ、繰り返し冗長チェ ック（ＣＲＣ）セグメント、フレーム内分解能ビット及びフレーム終了デリミッ タを含む一般的なフレームフォーマットでパルス巾変調を用いてエンコードされ る。この特定のプロトコルに関する付加的な情報、及びＩＳＯ規格に対するその 適合性は、上記フォード文書から確認することができる。本発明は、この既存の ネットワークの部分を請求するものではなく、標準的であるか専用であるかに関 わりなく、多数のソースから入手できる種々様々な既存のプロトコルと意図的に 対話するようにプログラム及び構成することができる。 図１を参照し続けると、モジュール１０４は、本発明により構成されプログラ ムされた配電モジュールを表している。このモジュール１０４は、通信経路１０ ５を経て他のこのようなモジュール１０４’及び１０４”と直接通信することが できる。これは、本発明のモジュールが、ノード１０２及び経路１０３で示され た他のネットワークとは独立して互いに対話できる場合を示している。モジュー ル１０４のような各配電モジュールは電源１１０に接続され、この電源は、特定 の構成にもよるが、例えば、配電ブロック、ヒューズブロック、或いはバッテリ のような電源への直接接続の形態をとる。電源１１０から太いライン１０８を経 てモジュール１０４へルート指定される電力は、ライン１０５を経て通信される 情報に応答して、モジュール１０４の１つ以上の出力１０６へ分配される。この ように、ライン１０８’及び１０８”を経て電力を受け取るモジュール１０４’ 及び１０４”は、通信経路１０５を経て受け取られるコマンドに基づいて各出力 １０６’及び１０６”へ電力を供給する。 図１のモジュール１２０は、本発明により形成されたモジュール１２０が経路 １０３を経て既存の通信ネットワークに直結され、そしてそこから受け取ったコ マンドに基づき、太いライン１３０を経てその関連出力１２２の１つ以上に電力 をルート指定する場合を示している。既存のノードがインターフェイスするネッ トワークを使用せずに、本発明のモジュールを既存のネットワークのノードに直 結するような更に別の構成も考えられる。モジュール１３１はこのような状態を 示しており、完全に個別の通信経路１３０がノード１０２と通信するのに使用さ れ、受け取ったコマンドに基づいて、太いライン１３３からその出力１３２の１ つ以上に電力をルート指定する。 要約すれば、本発明のモジュールは、既存の単一レベル又は多レベルのネット ワークをサポートすることもできるし、或いは特定の要求及び環境に基づいて、 マスターレス構成であるかマスター／スレーブ構成であるかに関わりなくスター 及びリングアーキテクチャーを含む単一レベル又は多レベルのネットワークトポ ロジーを形成するのに使用することもできる。 図２は、本発明により形成された単一モジュールに関連した主たる動作特徴を 説明するのに使用する簡単なブロック図である。２００で示された全モジュール は、破線２１０で示された包囲体を備え、その中のコントローラ回路２２０は、 複数の電力スイッチを作動するのに使用され、１つの電力スイッチが２４０で示 され、ライン２４６を経てコントローラ２２０により制御される。コントローラ ２２０は、従来設計の単一チップマイクロコンピュータで便利に実施され、これ は、好ましい実施形態では、モトローラ社から入手できるＭＣ６８ＨＣ８０５Ｃ ８のような高速Ｃ−ＭＯＳデバイスであるが、インテル及びテキサスインスツル ーメント社のような他の製造者からの他のデバイスも、非マイクロプロセッサベ ースの制御解決策として等しく適用できる。 モジュール２００への通信インターフェイスがツイスト対２２６で示されてお り、これは、包囲体２１０に支持されたコネクタ２２９を通り通信インターフェ イス２２８を経てコントローラ２２０にインターフェイスする。電力は、太いラ イン２３０及び端子２３１を経てモジュールに受け取られ、次いで、スイッチ２ ４０の各々へ送られると共に、ライン２３４を経てコントローラ２２０へも送ら れる。スイッチ２４０の各々は、入力２３０を経て受け取った電力を、スイッチ ２４０に関連したライン２５０に沿って、特定の電力スイッチに関連した出力端 子へルート指定する役目を果たす。出力端子は、包囲体２１０に支持された単一 コネクタ２５１と一体的であるのが好ましい。 図３は、本発明により形成された配電モジュールの好ましい物理的形態を斜視 図で示している。アルミニウムのような熱伝導性材料で形成されたブラケット７ ０２は、図３に示すようにアングル状にされていて、取付穴７０６をもつ外方に 延びるタブ７０４を含んでいる。これらのタブ７０４は側壁７１０に接続され、 これは、次いで、フィン７１４を有する一般的に長方形のプレート７１２に接続 される。この構造に対して種々の変更が可能であり、例えば、タブ７０４のサイ ズ及び形状、側壁７１０の寸法、及びフィン７１４の全体的な幾何学形状につい て種々の変更が可能である。例えば、別の構造においては、側壁７１０及び個別 のタブ７０４の必要性に先行して、フィン７１４のみをもつプレート７１２を使 用することもできる。というのは、これらタブは、以下に述べる外部包囲体カラ ー７２０に設けてもよいからである。このカラー７２０は、以下に述べる種々の コネクタ及び端子を支持する側面を含むと共に、アングルブラケット７０２が挿 入される貫通穴７２２を含む。一方の外側面７２６は、ナット７３２が配される 突出ねじ７３０を有するボルト７２８を受け入れるように構成される。このナッ ト／ボルトの組合体は、本発明の電気的な観点で既に述べた電力入力端子を形成 し、プリント回路板７４０のパッド７３４に接触する。ボルト７２８とパッド７ ３４との間の接続は図示されていないが、機械的圧力、半田付け等を含む種々の 接続機構の利点を取り入れるものである。 別の外面７４２に支持されるのは、成形部７４４であり、この中には電力出力 端子７４６が配置される。これらの端子７４６は、好ましくは半田接続により、 プリント回路板７４０の対応パッド７４８に接続される。これらの端子７４６が 対応パッドに固定された状態で、回路板／ブラケットの組立体は、最初に端子７ ４６を孔７５０に挿入し、そしてブラケットの入力端子端を最終的にカラーにヒ ンジ固定することにより、カラー７２０に設置される。孔７５０は、一度に２つ 以上の端子を導入し易くするためのスロット又は他の構成と置き換えることもで きる。 プレート７１２は、好ましくは放熱フィン７１４を含む上面と、回路板７４０ が取り付けられる反対の下面とを有する。この回路板７４０は、好ましくは両面 型のもので、幾つかの電気部品７５４が図３において見える面に取り付けられ、 そして温度に敏感な又は熱エネルギーの消散を必要とする他の部品は、回路板と プレート７１２の下面との間に取り付けられる。例えば、上記した電力スイッチ は、一般に、回路板とブラケットの下面との間にサンドイッチされる。通信ポー トに関連したコネクタは、図３には見えないが、これも、カラー７２０の外面に おいて、例えば、面７４２のコネクタ形状７４４の次に設けられる。或いは又、 この通信コネクタは、面７２６に支持されてもよいし、又は外部に延びるタブに 関連した他の２つの側壁に支持されてもよい。ブラケット７０２がカラー７２６ へ適切に挿入されると、シール部材７６０が組立体の最も下の部分に設置され、 回路板７４０及びそこに取り付けられた部品を保護する。しかしながら、この素 子７６０は任意であり、ある形態の液体ポット材と置き換えてもよいし、或いは おそらくは完全に取り除いてもよい。 図４ないし６は、図２に示された回路の好ましい実施形態を詳細に示すもので ある。図４は、例えば、マルチプレクス型トランシーバ回路４００の形態の通信 コントローラを詳細に示す回路図である。この特定の実施形態は、故障許容型で あり、優先順位裁定を行い、そして乗物用途の需要に合致するに充分なほど頑丈 に設計される。回路４００は、接地点への連続的な短絡にも、順方向及び逆方向 の両方の２４ボルトへのパワーアップにも耐える。負荷ダンプ保護機能も設けら れている。 通信プロトコルは、電気通信の当業者に良く知られた非ゼロ復帰（ＮＲＺ）エ ンコード化を使用する。出力ＮＲＺ信号は、マイクロコンピュータ４１２からラ イン４１０に沿って一対のトランジスタＱ１及びＱ２に送られ、これらトランジ スタは、マルチプレクスライン４４０を駆動する。入力通信は、抵抗Ｒ９と、非 反転バッファとして構成された排他的オアゲート４６１とを経てライン４５０に 沿ってマイクロコンピュータ４１２へ送られる。ＮＲＺ情報は、制御回路即ちマ イクロコンピュータ４１２により、そこにプログラムされているソフトウェアに 基づいて変換される。ライン４１０に沿って送られる出力は、一対の１０Ｋ抵抗 Ｒ１及びＲ２に接続される。抵抗Ｒ１は、５ボルト電源へのプルアップを与え、 ドライバトランジスタＱ２が始動及び初期化中にターンオフされるように保証す る。抵抗Ｒ２は、インバータトランジスタＱ１へ駆動を与え、これは、次いで、 Ｒ４を経て出力段Ｑ２を駆動する。抵抗Ｒ３はＱ１へ電流を与え、Ｑ１はＲ５を 経てＱ２の出力を高レベルに引っ張り、非アサート状態にする。Ｑ２として使用 されるトランジスタの特定の形式は、動作の需要に基づいて調整することができ る。入力ライン４５０は、マルチプレクスライン４４０を経て何が送られるかを 監視すると共に、ネットワークから抵抗Ｒ９を経て到来する情報を検出する。競 合が検出された場合には、マイクロコンピュータ４１２は、ライン４２０に沿っ て、排他的オアゲート４６２、抵抗Ｒ８及びＲ７を経て信号を出力し、トランジ スタＱ４を駆動し、出力デバイスＱ２を遮断させる。 トランジスタＱ３及び抵抗Ｒ６は、ある欠陥により出力４４０が短絡した場合 にＱ２の電流制限保護を与える。負荷ダンプ保護がツェナーダイオードＺ１によ りスレッシュホールド基準として与えられ、抵抗Ｒ７は、負荷ダンプ中にトラン ジスタＱ４及び出力ドライバＱ２をオフにするための電流制限を与える。これは 出力ドライバＱ２から離れるように駆動電流を分路し、これを効果的にオフにす る。 欠陥検出は排他的オアゲート４６０で行われ、これは、複数の送信及び受信の 両信号が同じであるかどうかをテストするのに使用される。しかしながら、シス テムのキャパシタンス及び他の事柄により、出力ライン４４０は、実際には直ち に応答することができない。その結果、欠陥ゲート４６０は、たとえエラーが生 じていなくてもエラーを検出することがある。それ故、この種のエラーは、抵抗 Ｒ１０及びキャパシタＣ１によって効果的に時間積分され、実際にエラーがマイ クロコンピュータ４１２へ報告される前にシステムを安定化することができる。 積分器Ｃ１／Ｒ１０の出力は、別のゲート４６２によって安定化及び反転された 後に、ライン４７０に沿ってマイクロコンピュータ４１２へ送られる。 図５は、図２にデバイス２４０として示された電力スイッチの１つを示してお り、この好ましい実施形態は、欠陥許容型であると共に、短絡防止型である。こ の回路は、出力段に示されたＭＴＰ３０５５ＥＬのようなＮチャンネル電力ＭＯ ＳＦＥＴをドライバデバイスとして使用するのが好ましい。動作に際し、マイク ロコンピュータ５０２の出力５２０は、トランジスタＱ４をオン状態に駆動し、 Ｑ１−Ｑ２対を低出力レベルに駆動すると共に、出力段をオフにする。ライン５ ２０が低レベルに駆動されると、Ｑ４がオフになり、Ｑ１−Ｑ２対の出力を上昇 させ、これは次いで出力デバイスＱ３をアサートする。開路欠陥の検出は、Ｒ７ 及びＲ８により行われる。出力がオフのときには、Ｒ７が出力ピンをプルアップ するが、Ｒ７に関連した弱い駆動力は、負荷により克服される。しかしなが ら、負荷が接続されない場合又は抵抗Ｒ７がオープンである場合には、抵抗Ｒ７ により与えられる弱い駆動力が出力５３０に適当な論理レベルを与える。例えば 、負荷が接続されない場合には、出力５３０は、バッテリ電位まで決してプルア ップされず、これは、抵抗Ｒ８を経てマイクロコンピュータ５０２の入力５４０ において感知される。 電力スイッチの出力に関連した短絡保護について説明する。出力が接地点へと 短絡した場合には、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３によって流される電流の量に正比例する 電圧が抵抗Ｒ６間に発生する。この電圧は、トランジスタＱ６のベース５０６に 直接接続され、電流限界を越えたときにそれを検出するためにベース／エミッタ スレッシュホールド電圧が使用される。例えば、Ｒ６の値が０.０３Ωに等しい 状態では、トランジスタＱ６が２０アンペアの電流に対してターンオンする。こ のスレッシュホールドに達すると、Ｑ６に流れる電流がプルダウン抵抗Ｒ５を克 服する。Ｒ５が約０.６ボルトだけ正に駆動されたときは、Ｒ４を経てＱ５に電 流を駆動し、トランジスタＱ５をターンオンする。Ｑ５がターンオンすると、Ｑ １−Ｑ２前置駆動段の出力を下げ、出力ドライバＱ３を効果的にターンオフさせ る。 ２レベルの充電ポンプ回路５５０は、２つの基準電圧、即ち高基準５５２及び 低基準５５４を含み、各基準電圧は、２入力電圧比較器５５３及び５５５の一方 の入力に各々供給される。高基準５５２は比較器５５３に給電し、該比較器は、 次いで、ライン５６０により電力ＭＯＳＦＥＴゲートに接続された低電流充電ポ ンプ５５６をイネーブルする。低電圧基準５５４は、第２の比較器５５５に給電 し、これは、低電流充電ポンプ５５６に並列に接続された高電流充電ポンプ５５ ７をイネーブルするのに使用され、この高電流充電ポンプも、ライン５６０に沿 ってＭＯＳＦＥＴゲートと通信する。この回路の特性は、基準電圧の値等に基づ いて変化するが、好ましい実施形態では、比較器５５３は、８ボルトの公称電圧 においてターンオンして低電流充電ポンプ５５６をイネーブルし、そして１０ボ ルトの公称電圧においてターンオフする。一方、比較器５５５は、７ボルトの公 称電圧においてターンオンして高電流充電ポンプをイネーブルし、そして８.５ ボルトの公称電圧においてターンオフする。この回路を用いると、電気的に静寂 な即ち休止周期中にＭＯＳＦＥＴゲートに低いドレイン電流が供給されるが、 ７ないし８.５の電圧が実現される場合は、高電流充電ポンプ５５７が作動され 、従って、電力スイッチが入力から１つ以上の電力出力へ電流を適切にルート指 定できるようにする。 図６は、調整及びウオッチドッグタイマー回路の回路図である。バッテリ電圧 は、単一チップレギュレータ６４０へ印加され、該レギュレータは、４.７５な いし５.２５ボルトＤＣの範囲の出力電圧を供給し、これは、５ボルトマイクロ コンピュータ６０１の必要条件内に充分入るものである。このような単一チップ レギュレータは、モトローラ社、ナショナルセミコンダクタ社及びテキサスイン スツルーメント社等を含む製造業者から広く入手できる。好ましいレギュレータ は、遅延リセット出力を含み、これは、マイクロコンピュータ６０１に入るもの としてライン６１０に沿って示されている。バッテリ電圧がライン６２０に沿っ てレギュレータ６４０の入力に印加されたときは、リセットライン６１０がアサ ートされ、マイクロコンピュータ６０１を安全な制御された状態に保持する。バ ッテリ電圧が上昇するにつれて、キャパシタ６５がレギュレータ６４０の内部の 電流源で充電される。このキャパシタ間の電圧が所定のスレッシュホールドに達 して、レギュレータ６４０が適切な範囲の電圧を供給することを指示すると、リ セット出力はもはやアサートされず、マイクロコンピュータ６０１は正常に機能 することができる。しかしながら、電圧が充分に下がって、レギュレータが調整 範囲から外れると、リセット出力が再びアサートされ、マイクロコンピュータを 既知の安全状態に入れる。実際には、リセットは、レギュレータが調整範囲から 脱落する前の数百ミリボルト以内に生じ、リセットライン６１０は、電圧が安全 値に復帰するまでアサート状態に保たれる。この点において、遅延機能が作動さ れ、マイクロコンピュータは、整然とそのリセット状態から脱する。又、レギュ レータ６４０は、逆バッテリ電圧及び負荷ダンプが±８０ボルトを越えないと仮 定すれば、それらから電子回路を保護する。 ウオッチドッグ回路６０４は、比較器６０２を組み込んだ発振器を使用し、こ れは、マイクロコンピュータがウオッチドッグ出力６１２の状態をある最小の割 合で強制的に変化させて、リセットしないように保持する。マイクロコンピュー タが動作状態にならない場合には、発振器が低い周波数レート５Ｈｚで発振し続 け、これは、マイクロコンピュータを、それがウエイクアップするまで、１秒当 たり５回リセットするように保つ。発振器の充電部分の電流は、抵抗Ｒ１によっ て与えられ、この抵抗は、１２ボルトバッテリ入力に直接接続される。従って、 図６に示す構成は、低バッテリ電圧禁止機能も便利に果たす。発振器とリセット ライン６１０との間にはＡＣ結合が使用され、コンピュータの出力が論理１又は ０状態に安定化する場合に発振器が障害を受けて無効になるのを防止する。動作 に際し、マイクロコンピュータ６０１の出力６１２は、破線の長方形で示された 整形ネットワーク６２０によりパルスに変換される。通常の状態のもとでは、こ のパルスは、キャパシタＣを一貫して放電し、発振器６０２の出力を論理１状態 に保つ。しかしながら、パルスが時間内に到着しない場合には、発振器が状態を 変化させ、出力を論理０に駆動し、これがダイオードを経て送られて、ライン６ １０に沿ってコンピュータの入力をリセットする。 通常の動作中に、システムは、乗物のバッテリ系統から常時付勢される。バッ テリ電圧が所定のリセットスレッシュホールドよりも下がったときにリセット回 路を作動させることが望まれるので、リセット回路は、バッテリ電圧が維持され る限り決して飽和しない。しかしながら、典型的な乗物の寿命中には、例えば、 バッテリが放電したり又は切断されたりした場合に、バッテリ電源がスレッシュ ホールドより下がることがある。このような場合には、システムが自動リセット モードに入り、図５の５３０のような全ての出力を既知の所定の安全状態に入れ る。バッテリ電圧が回復したときに、ライン６１０に沿ったマイクロコンピュー タへのリセットが適当な時間に除去され、通常の動作を行えるようにする。

【手続補正書】 【提出日】１９９７年６月２０日 【補正内容】 【図４】 【図５】 【図６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュルツ ギルバート エフ アメリカ合衆国 ミシガン州 48375 ノ ヴィ チェスナット 22654

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．外部のマルチプレクス型通信経路に接続される入力／出力ポートと、 上記入力／出力ポートに接続されたトランシーバ回路であって、通信経路を 経てデジタル形態でメッセージを送信及び受信するよう働くトランシーバ回路と 、 電源に接続するための入力と、 複数の電力出力ポートと、 各々がこれら電力出力ポートの各々に関連した複数の制御可能な電力スイッ チであって、その各々は、制御信号に基づいて電源から関連電力出力ポートへ電 力をルート指定するように動作する電力スイッチと、 上記トランシーバ回路及び各電力スイッチに作動的に接続されたコントロー ラとを備え、該コントローラは、上記トランシーバ回路を通り通信経路を経てメ ッセージを送信及び受信し、そして受け取ったメッセージに基づいて特定の電力 スイッチへ制御信号を与え、そのスイッチに関連した出力ポートへ電源から電力 をルート指定するという機能を果たすことを特徴とする配電モジュール。 ２．送信及び受信されるメッセージを表す信号を比較し、そして送信及び受信さ れるメッセージ間に競合があった場合にコントローラに欠陥信号を与えるように 働く欠陥検出回路を更に備えた請求項１に記載の配電モジュール。 ３．上記制御可能な電力スイッチは、電力ＭＯＳＦＥＴとして実施され、上記モ ジュールは、更に、複数のＭＯＳＦＥＴにより共用される充電ポンプ回路を含み 、この充電ポンプ回路は、ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加される電圧をブーストし て所望の所定電圧を関連電力出力ポートに供給するように働く請求項１に記載の 配電モジュール。 ４．電力スイッチの電流を感知し、そして電力スイッチに流れる電流が所定値を 越える場合に該スイッチをターンオフするように働く出力保護回路を更に備えた 請求項１に記載の配電モジュール。 ５．通信経路、電源及び１つ以上の電力消費負荷と共に使用するよう構成された 配電モジュールにおいて、 取付手段を含む包囲体と、 上記包囲体の側部を経て突出する放熱素子であって、包囲体から離れるよう に向いた外面と、包囲体へと向いた内面とを有する放熱素子と、 通信経路に接続されるように包囲体に配置された通信コネクタと、 電源から電力を受け取るように包囲体に配置された電力入力コネクタと、 電力消費負荷に関連して包囲体に配置された多端子電力出力コネクタと、 上記通信コネクタ、電力入力コネクタ及び多端子電力出力コネクタに接続さ れた電気回路であって、上記電力出力コネクタの各端子に関連した電力スイッチ を含み、上記通信コネクタを経て受け取ったコマンドに応答して電力入力コネク タから関連電力スイッチを経て電力出力コネクタの端子へ電力を選択的にルート 指定するように働く電気回路と、 上記電気回路が取り付けられ、上記電力スイッチが上記放熱素子の内面と熱 接触するところの回路板とを備えたことを特徴とする配電モジュール。 ６．乗物用の配電モジュールにおいて、 包囲体と、 外部の両方向通信経路とインターフェイスするように上記包囲体に支持され た入力／出力コネクタと、 上記包囲体に支持された複数の電力出力端子であって、乗物の動作に関連し た負荷に各々接続される複数の電力出力端子と、 上記包囲体に支持され、電源から到来する電力を受け取るように構成された 電力入力コネクタと、 上記包囲体内に配置されそして上記入力／出力コネクタに接続されたデジタ ル通信回路とを備え、このデジタル通信回路は、 両方向性通信経路を経てメッセージを送信及び受信し、 上記通信経路に存在する信号を監視し、そして メッセージを送信している間にメッセージを受け取った場合に欠陥信号を 出力するように働き、 更に、上記電力出力端子の１つに各々関連して上記包囲体に配置された複数 のソリッドステート電力スイッチであって、その各々は、制御信号に応答して電 力入力コネクタから関連電力出力端子へ電力をルート指定するように働くソ リッドステート電力スイッチと、 上記包囲体内に収容され、電力スイッチに流れる電流を感知し、そして電力 スイッチの電流が所定値を越える場合にスイッチをターンオフするように働く保 護回路と、 上記包囲体内に配置された制御回路であって、 デジタル通信回路にメッセージを送り、入力／出力コネクタを経て通信経 路にメッセージを入れるようにさせ、 通信経路を経、入力／出力コネクタを経て、デジタル通信回路からメッセ ージを受け取り、 受け取ったメッセージに基づいて電力スイッチへ制御信号を与え、そして デジタル通信回路から欠陥信号を受け取りそして両方向通信経路に競合が 生じた場合に出て行くメッセージを禁止する、 ように働く制御回路とを備えたことを特徴とする配電モジュール。 ７．上記包囲体に一体的なヒートシンクを更に備えた請求項１１に記載の配電モ ジュール。 ８．所定のプロトコルに基づき両方向性メッセージルート経路に沿って通信する 複数の分散されたノードを有する既存の乗物通信ネットワークに使用するための 配電モジュールにおいて、 通信回路を含むネットワークに直接接続されて、このネットワークを経てメ ッセージを送信及び受信するように働く入力／出力ポートと、 電源に接続された入力と、 乗物の電力消費負荷に各々接続される複数の電力出力ポートであって、既存 のネットワークの少なくとも１つのノードに電力を供給するポートを含む電力出 力ポートと、 上記電力出力ポートの１つに各々関連した複数の制御可能な電力スイッチで あって、その各々は、制御信号に基づき電源から関連電力出力ポートを経て乗物 の電力消費負荷へ電力をルート指定するように働く制御可能な電力スイッチと、 上記通信回路及び各々の電力スイッチに接続されたコントローラであって、 既存のネットワークを経て受け取ったメッセージを解読し、 負荷の作動に関連した受信メッセージに応答して特定の電力スイッチに制 御信号を与えて、そのスイッチに関連した出力ポートを経て電源から電力をルー ト指定し、その負荷に供給し、そして 既存のネットワークにより使用されるプロトコルに基づいて出て行くメッ セージをフォーマットする、 ように働くコントローラとを備えたことを特徴とする配電モジュール。 ９．第１の両方向性ルート経路によって通信する複数のノードを有する第１の既 存のネットワークと、 上記第１のネットワークにインターフェイスされる複数の電力制御モジュー ルとを備え、各々の電力制御モジュールは、入力−出力通信ポートと、電力入力 ポートと、複数の電力出力端子とを含み、各電力出力端子は、乗物内の電力消費 負荷に接続され、更に、各電力制御モジュールは、上記入力−出力通信ポートを 経て受け取ったメッセージに応答して、電力入力ポートからノード及びそれに接 続された負荷へ電力を選択的にルート指定するように働くことを特徴とする分散 型乗物電力制御システム。 10．少なくとも１つの電力制御モジュールが、そのモジュールの入力−出力通信 ポートと第１の両方向性ルート経路との間の直接接続を経て第１ネットワークに インターフェイスされる請求項９に記載の分散型乗物電力制御システム。 11．少なくとも１つの電力制御モジュールが、そのモジュールの入力−出力通信 ポートと既存のネットワークの単一ノードとの間の直接接続を経て第１ネットワ ークにインターフェイスされる請求項９に記載の分散型乗物電力制御システム。 12．上記電力制御モジュールは、そのモジュールの入力−出力ポートを接続する 第２のネットワークを経て互いに通信するが、上記モジュールの少なくとも１つ は、既存のネットワークへのゲートウェイとして更に働く請求項９に記載の分散 型乗物電力制御システム。